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《现代材料科学基础》 内容提要 本书系统阐述了现代材料科学的基本原理、结构、性能、制备工艺及其在工程应用中的关键技术。全书力求在理论深度与工程实践之间取得平衡，旨在为材料科学、化学工程、机械工程、电子信息等相关领域的学生、研究人员及工程师提供一本全面且深入的参考书。 第一部分：材料科学基础 第一章 绪论：材料在现代工程中的地位与分类 本章首先回顾了材料科学的发展历程，从古代的金属冶炼到现代的纳米材料设计，强调材料创新是推动技术进步的核心驱动力。随后，详细介绍了材料的四大基本类别：金属材料、无机非金属材料、聚合物材料和复合材料，并引入了新兴的功能材料（如智能材料、生物医用材料）的概念。重点讨论了“结构-性能-工艺-应用”之间的内在联系，为后续章节奠定理论框架。 第二章 晶体结构与缺陷理论 这是材料科学的基石。本章深入讲解了晶体学的基本概念，包括晶胞、布拉维点阵、晶体结构类型（如面心立方、体心立方、六方最密堆积）。随后，详细分析了材料中的晶体缺陷，包括点缺陷（空位、间隙原子、取代原子）、线缺陷（位错）、面缺陷（晶界、堆垛层错）和体缺陷。深入探讨了位错在金属塑性变形中的核心作用，并引入了分析晶体结构的关键工具——X射线衍射（XRD）的基础原理及其在材料表征中的应用。 第三章 晶体生长与扩散 本章聚焦于材料内部的原子运动和宏观结构形成过程。首先阐述了固态、液态和气态物质的热力学基础，以及相图的绘制与解析，特别是二元相图（如铁碳相图的简化模型）对材料性能控制的重要性。随后，详细讨论了原子扩散的基本定律，包括菲克第一定律和第二定律，并分析了扩散激活能、扩散机制（如间隙扩散、空位机制）在材料烧结、相变和渗碳等工艺中的影响。 第二章 聚合物科学与工程 第四章 聚合物的结构与分子量 本章专门探讨有机高分子材料。首先介绍高分子的基本概念，如单体、聚合度、拓扑结构（线型、支化型、交联型）。重点解析了聚合物的分子量及其分布（数均分子量、重均分子量），并介绍了凝胶渗透色谱法（GPC）等常用的分子量测定技术。讨论了聚合物的链构型、构象及其对材料机械性能的决定性影响。 第五章 聚合物的力学性能与转变温度 本章研究聚合物材料独特的粘弹性行为。详细分析了聚合物在不同温度和应力条件下的力学响应，包括拉伸、压缩和蠕变。核心内容在于解析聚合物的特征转变温度：玻璃化转变温度（Tg）和熔点（Tm）。阐述了如何利用差示扫描量热法（DSC）和动态热机械分析（DMA）来确定这些温度，并解释Tg对材料实用性的关键限制。 第三章 陶瓷与复合材料 第六章 结构陶瓷的制备与性能 本章专注于高性能无机非金属材料。介绍了氧化物陶瓷（如氧化铝、氧化锆）和非氧化物陶瓷（如碳化硅、氮化硅）的经典制备方法，如粉体制备、成型（干压、流延）和高温烧结技术。重点分析了陶瓷材料的脆性断裂机制，以及如何通过晶界工程、引入第二相颗粒来提高其韧性（如增韧增强的机制）。 第七章 复合材料的设计与制造 复合材料是实现材料性能定制化的关键途径。本章系统介绍了复合材料的分类，重点关注纤维增强复合材料（FRP）和颗粒增强复合材料。深入探讨了界面对整体性能的控制作用，分析了模型纤维增强复合材料的有效介质理论（如混合律、逆混合律）。详细介绍了碳纤维、玻璃纤维的制备，以及先进的复合材料制造工艺，如预浸料技术、树脂传递模塑（RTM）和真空辅助灌注。 第四部分 材料性能的调控与表征 第八章 材料的电学与磁学性能 本章转向功能材料领域。详细阐述了金属、半导体和绝缘体的能带理论，解释了电导率的差异。对半导体材料（如硅、锗）的本征和掺杂特性进行了深入分析。在磁学方面，系统介绍了磁性材料的分类（顺磁、抗磁、铁磁、反铁磁、亚铁磁），并阐述了磁畴理论、磁滞回线的形成及其在软磁和硬磁材料应用中的意义。 第九章 材料的腐蚀与防护 本章关注材料在环境中的可靠性。深入分析了金属的电化学腐蚀机理，包括阳极反应、阴极反应和腐蚀电池的形成。重点介绍了常见腐蚀类型，如均匀腐蚀、点蚀、应力腐蚀开裂（SCC）和晶间腐蚀。最后，系统介绍了腐蚀防护的工程策略，包括牺牲阳极保护、外加电流保护、涂层技术（如钝化膜、阻隔涂层）和缓蚀剂的使用。 第十章 材料的先进表征技术 本章介绍了用于理解材料微观结构的现代分析工具。详述了扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）的工作原理及其在观察形貌、晶体结构和位错方面的应用。介绍了能量色散X射线谱（EDS）和波谱（WDS）在元素分析中的作用。同时，对X射线光电子能谱（XPS）和俄歇电子能谱（AES）等表面分析技术进行了介绍，强调了多尺度表征在解决复杂材料问题中的重要性。 适用对象 材料科学与工程、化学工程、高分子科学专业本科生及研究生。 从事材料研发、生产控制及质量检测的工程师和技术人员。 对基础物理化学与材料性能转化感兴趣的交叉学科研究人员。 本书特色 1. 理论与实践并重： 每一章均结合了最新的工程案例和工业应用背景，将抽象的物理化学原理与实际材料的性能调控紧密结合。 2. 结构清晰，逻辑严密： 按照从原子结构到宏观性能，再到先进功能材料的递进顺序编排，便于系统学习。 3. 强调分析方法： 专门章节介绍了材料研究中最核心的表征技术，使用户能够理解实验数据背后的科学原理。
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